论文部分内容阅读
近年来,有关地震应力传输及其对地震活动性影响的研究表明地震的发生不是孤立的、随机的,而是存在相互作用和相互关联的。基于地震应力传输的研究很好地解释了大量的地震观测现象,包括余震的分布、地震影区、大地震的相互作用以及地震迁移过程等。了解地震相互作用过程有助于我们认识地震孕震的物理机制,并为地震活动性和危险性评估提供参考依据。
本文首先介绍了基于地震应力传输机制的地震之间或者地震与断层之间相互作用研究的历史和现状,然后系统阐述了同震和震后库仑应力场变化模拟的相关理论和方法,最后简要介绍了顾及地震应力传输机制的地震概率模型。在此基础上,本文以2008年Mw7.9级汶川地震和2010年Ms7.1级玉树地震为例,计算了地震同震静态应力变化对余震分布、周边断层上应力积累以及今后地震活动性的影响。此后,以东昆仑断裂、鲜水河-小江断裂和甘孜-玉树块体的历史地震为例,考虑同震、震后粘弹松弛应力传输以及震问构造应力加载的影响,分析地震应力传输作用对地震孕育发生过程的影响,圈定未来的地震危险区。概括起来,论文主要包括以下几个方面的内容:
(Ⅰ)2008年汶川地震同震应力传输及对周边主要活动断层的影响
2008年5月12日,四川龙门山断裂发生Mw7.9强烈地震,判断余震可能发生区域,圈定震区周边未来可能发生地震活动的范围,对灾区人员安置、灾后恢复重建,以及加强震灾及次生灾害防御具有重要的参考价值。基于地震的静态应力传输作用,本文计算并分析了汶川地震对龙门山及周边各主要活动断层地震活动性的作用和影响。结果表明,汶川地震增加了鲜水河断裂(道孚-康定段)、东昆仑断裂(玛曲-南坪段)、青川断裂等断层上库仑应力的积累,将提升这些断层上地震发生的概率。同时,汶川地震有效降低了抚边河断裂、虎牙断裂等断层上库仑应力的积累,这些区域的地震发生概率将因库仑应力减小而降低。汉中一带、西秦岭北缘断裂上库仑应力变化微小,汶川地震的静态触发效应不足以波及此处。
(Ⅱ)2010年玉树地震同震应力变化对周边地区地震活动性的影响
2010年4月14日青海省玉树藏族自治州发生Ms7.1级地震。本研究了计算玉树地震引起静态应力场变化,讨论Ms7.1级玉树地震对余震分布的影响以及与2011年囊谦Ms5.2级地震之间的相互作用关系,并根据摩擦本构律模型定量的计算了玉树及周边地区今后十年可能的地震活动性。结果显示,玉树地震导致了四处明显的库仑应力增强的扇区,2010年4月13日至6月17日的870次ML>1.0级余震主要分布于主震破裂面附近区域以及破裂面东北端的应力增强扇区。考虑区域构造应力场时,占总数86.7%的余震位于库仑应力增强区,地震应力触发理论较好的解释了余震的分布。今后10年,玉树及其周边区域发生五级地震的概率为79-87%。囊谦地震位于玉树地震所导致应力影区,说明该次地震可能是一次独立的事件。
(Ⅲ)东昆仑断裂地震应力传输以及地震危险性评估
东昆仑断裂一直被认为是构成青藏高原边界的主要左旋走滑断层之一,同时也是中国大陆最为活跃的断层之一。了解昆仑断裂应力传输及地震迁移过程对于我们准确评估该地区的地震危险性具有十分重要的意义。考虑同震、震后粘弹松弛作用以及震间构造加载,我们研究了1937年以来沿东昆仑断裂应力的积累和演化过程。数值结果表明,沿东昆仑断裂地震的发生与应力的传输和积累有着很好的相关性。东昆仑断裂上总的应力积累结果表明,沿西大滩-东大滩、玛沁-玛曲段应力积累较高,而这些区域在过去的数百年没有显著的大地震记录,因此未来具有发生强震的较大危险性。同时,结果还表明,在研究大地震之后的应力传输和积累时必须考虑震后粘弹松弛效应。
(Ⅳ)松潘-甘孜块体东北端强震相互作用及地震危险性研究
基于地震应力传输和粘弹松弛分层地壳模型,我们计算了松潘-甘孜块体东北端历史强震之间的相互作用过程。模型结果显示,受之前地震导致的库仑应力场变化的影响,1879年武都地震和1976年8月23日松潘M7.2级地震震中库仑应力积累提升,将促进这些地震提前发生;1933年M7.5叠溪地震和1973年M6.5松潘地震震中库仑应力降低,前续地震的影响可能使得这两次地震的发震时间推迟;在研究历史地震对1960年漳腊M6.7级地震、1976年8月16日M7.2级和1976年8月22日M6.7级松潘地震的作用时,有效摩擦系数的取值十分重要,当有效摩擦系数取0.8时,前续地震导致的应力场变化将促进以上三次地震的发生。松潘-甘孜块体东北端的强震活动有效地增强了西秦岭北缘断裂、东昆仑断裂玛沁,玛曲段、鲜水河断裂康定-道孚段和岷江断裂中段上的库仑应力积累,将提升这些断裂今后发生地震的概率;有效降低了龙日坝断裂上库仑应力的积累,降低了该断层上发生地震的概率。松潘-甘孜块体的地震活动降低了汶川地震震中位置的库仑破裂应力,但提升了破裂面东北段的应力积累,有助于汶川地震向东北端破裂。
(Ⅴ)鲜水河-小江断裂带应力演化及其与汶川地震的相互作用
我们研究了1713年以来沿鲜水河-小江断裂带的应力传输和演化过程,以及鲜水河-小江断裂地震活动与2008年汶川地震之间的关系。结果表明,鲜水河-小江断裂的地震活动与应力的传输和演化过程存在较强的相关性,1713年以后24次地震中有19次破裂面上最大库仑应力增量超过应力触发的阀值,与之前的地震可能存在触发关系。根据鲜水河-小江断裂带现今的应力积累状态,我们圈定了四处应力积累较强的区域,这些区域的分布与历史地震研究给出的地震空区较为一致。由于这些区域周边人口稠密,在今后具有较高的地震危险性。鲜水河-小江断裂带上的地震活动降低了汶川地震震中位置的应力积累,而汶川地震则提升了鲜水河断裂康定-道孚段150 km区域内的应力积累。
(Ⅵ)东昆仑断裂带玛沁-玛曲段应力演化及地震危险性
考虑同震、震后粘弹松弛作用以及震问构造加载,我们计算了1879-2008年沿东昆仑断裂玛沁-玛曲段应力积累和演化的过程。结果表明,玛沁-玛曲段上地震应力传输所导致的应力积累呈现出两端高中间低的形态,其中:1937年托索湖地震提升了玛沁段西段上的库仑应力积累;1947年达日地震释放了玛沁段东段和玛曲段西段上的应力积累;1879年文县-武都地震和2008年汶川地震提升了玛曲段东段上的应力积累。震后粘弹松弛过程在玛沁段上应力积累的过程中和同震应力传输的贡献相近,而在玛曲段则发挥着更为重要的作用。东昆仑断裂玛沁段、玛曲段上地震应力传输所导致的库仑应力增量分布相当于该段上160年和250年的构造应力加载,将促进玛沁-玛沁段上地震的发生。